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小型モジュール炉（SMR）は、現在の原子炉（300MWe以下）よりもはるかに小型で、コンパクトでスケーラブルな設計により、安全性、建設性、経済的メリットを提供し、初期資本投資の低減とスケーラビリティの可能性を提供します。
要約表
記載されている出力は、特に指定がない限り、1 つの原子炉の容量を指します。
- ^ GT-MHR原子炉設計に基づく多ユニット複合施設
- ^ ウレンコ・グループ、ジェイコブスおよびキネクトリクスと共同
原子炉の設計
ACP100: 中国
2021年には、海南省の長江原子力発電所の敷地でACP100の建設が開始されました。 [53]以前、2019年7月にCNNCは年末までにACP100 SMRの実証用の建設を開始すると発表しました。[54] ACP100の設計は2010年に開始され、2016年に国際原子力機関によって承認されたこの種の最初のSMRプロジェクトとなりました。 [55] [56] これは、内部冷却システムを備えた完全に統合された原子炉モジュールであり、2年間の燃料交換間隔があり、385MWtと約125MWeを生産します。[57] 125MWe加圧水型原子炉（ PWR）は、 Linglong Oneとも呼ばれ、電力生産、暖房、蒸気生産、海水淡水化など、複数の目的のために設計されています。[58] [59]
ARC-100: 米国/日本
ARC-100は、アイダホ州の実験増殖炉II の30年間の成功に基づいた、金属燃料を使用する100MWeナトリウム冷却高速中性子プール型原子炉です。ARCニュークリアは、既存のCANDU施設を補完することを目的として、GE日立ニュークリアエナジーと提携してカナダでこの原子炉を開発しています。[4]
バーラト小型原子炉：インド
インドは2024年にバーラト小型原子炉と呼ばれるSMR設計を開発する意向を発表した。[60] [61]
CAREM: アルゼンチン
アルゼンチン原子力委員会（CNEA）とINVAPによって開発されたCAREMは、100MWまたは25MWの電気出力を持つように設計された簡易加圧水型原子炉（PWR）です。これは一体型原子炉であり、一次システムの冷却回路は原子炉容器内に完全に収容されています。
燃料は濃縮度3.4%のウラン酸化物である。一次冷却材システムは自然循環を採用しているためポンプは不要で、事故時でも炉心溶融に対する固有の安全性を備えている。一体型設計により、冷却材喪失事故(LOCA)のリスクも最小限に抑えられる。毎年の燃料交換が必要である。[62]現在、このタイプの最初の原子炉がブエノスアイレス州北部のサラテ市の近くに建設されている。
コペンハーゲン・アトミックス：デンマーク
コペンハーゲン・アトミクス廃棄物バーナーは、デンマークの溶融塩技術会社であるコペンハーゲン・アトミクスによって開発されました。コペンハーゲン・アトミクス廃棄物バーナーは、単一流体、重水減速、フッ化物ベース、熱スペクトルおよび自律制御溶融塩原子炉です。これは、漏れのない40フィートのステンレス鋼輸送コンテナ内に収まるように設計されています。重水減速材は塩から断熱されており、継続的に排水され、50℃以下に冷却されます。溶融リチウム7重水酸化物（7LiOD）減速材バージョンも研究されています。この原子炉は、使用済み核燃料から分離されたプルトニウムを第一世代の原子炉の初期核分裂負荷として使用し、最終的にはトリウム増殖炉に移行するトリウム燃料サイクルを利用します。[63]
エリジウム インダストリーズ
エリジウムの設計は溶融塩化物塩高速炉（MCSFR）と呼ばれ、高速スペクトル炉であり、核分裂の大部分は高エネルギー（高速）中性子によって引き起こされる。これにより、核燃料を効率的に使用し、燃料サイクルを閉じることができる。さらに、これにより、原子炉に水炉からの使用済み核燃料を燃料として供給することも可能になる。[64]
核熱源カプセル（ENHS）：米国
ENHS は、鉛(Pb) または鉛ビスマス(Pb-Bi) 冷却材を使用する液体金属原子炉 (LMR) です。Pb は、他の一般的な冷却材金属であるナトリウムよりも沸点が高く、空気や水に対して化学的に不活性です。特に高温で、Pb または Pb-Bi 冷却材と互換性のある構造材料を見つけることが困難です。ENHS は、冷却材とタービン蒸気の自然循環を使用するため、ポンプは不要です。また、自律制御、負荷追従発電設計、熱電効率 42% 以上で設計されています。燃料は U-Zr または U-Pu-Zr のいずれかで、15 年間原子炉をフルパワーで維持できます。239
Pu 11%または235
U 13%
冷却材が固まるまで冷却し、核拡散に対する耐性を高めるまで、原子炉容器内での保管が必要である。しかし、原子炉容器は 冷却材を内蔵した状態で300トンの重さがあり、輸送に困難をきたす可能性がある。[65]
フリベ・エナジー：米国
フリベ・エナジーは、液体フッ化トリウム原子炉（LFTR）技術（溶融塩原子炉の一種）に基づく小型モジュール原子炉の設計、構築、運用を行う米国企業である。「フリベ」という名前は、LFTRで使用されるリチウムとベリリウムのフッ化物塩であるFLiBeに由来している。最初は20〜50MW（電気）バージョンが開発され、その後100MWeの「ユーティリティクラスの原子炉」が続く予定である。[66]組立ラインの構築が計画されており、「発電に必要な国中に分散できる移動式ユニット」を生産する。当初、同社は遠隔地の軍事基地に電力を供給するためのSMRの製造に注力している。[67]フリベは、核融合炉での一次冷却材として、またDT原子炉のトリチウム燃料の増殖に使用することも提案されている。
HTR-PM: 中国
HTR -PMは、以前のHTR-10プロトタイプ原子炉を部分的にベースとした、高温ガス冷却（HTGR）ペブルベッド 第4世代原子炉です。 [68] 原子炉ユニットの熱容量は250MWで、2つの原子炉が1つの蒸気タービンに接続され、210MWの電力を生成します。[68]その潜在的な用途には、超臨界石炭火力発電所の直接的な代替が含まれます。 [69] [70]その熱は、海水淡水化、水素製造、または産業における他の幅広い高温用途に使用できます。[71]
ハイペリオンパワーモジュール（HPM）：米国
ロスアラモス国立研究所のプロジェクトの商用版であるハイペリオンパワーモジュール（HPM）は、鉛ビスマス冷却材を使用するLMRです。出力は25MWeで 、20%未満です。235
ウラン濃縮炉は密閉容器で、そのまま現場に運ばれ、工場で燃料補給するためにそのまま取り外されるため、核拡散の危険性が低減される。各モジュールの重量は50トン未満である。能動的安全機能と受動的安全機能の両方を備えている。[72] [73]
一体型溶融塩炉（IMSR）：カナダ
IMSRプラントは、カナダのオークビルに拠点を置くTerrestrial Energy [74]によって開発されている2x195 MWe / 2x442 MWtのSMRプラント設計です 。この 原子炉は、既存の2つの設計、変性溶融塩原子炉（DMSR）と小型モジュール式先進高温原子炉（smAHRT）に基づいて設計された独自の溶融塩原子炉です。両方の設計はオークリッジ国立研究所によるものです。IMSR®の主要技術は、主要な原子炉コンポーネント、減速材、主要な熱交換器、ポンプを、7年ごとに交換される密閉された交換可能な容器であるIMSR®コアユニットに統合することです。これにより、グラファイト減速材や溶融塩の使用に一般的に関連する材料寿命の問題が解決されます。
熱スペクトル、黒鉛減速、フッ化物溶融塩炉は、溶融フッ化物ベースの塩に溶解した標準分析（<5% U235）低濃縮ウラン（LEU）を燃料とする。これは、標準分析LEU燃料を使用する第4世代クラスの唯一の原子炉である。標準燃料の使用により、免許取得と国際的受け入れが簡素化される。カナダ原子力安全委員会（CNSC）は、2023年4月にIMSRプラント設計の免許取得前ベンダー設計レビュー（VDR）を完了した。[75]
国際原子炉革新的・安全機構（IRIS）：米国
ウェスティングハウスと原子力エネルギー研究イニシアティブ（NERI）が率いる国際コンソーシアムによって開発されたIRIS -50は、発電能力50MWeのモジュール式PWRです 。冷却材には自然循環を使用しています。燃料はウラン酸化物で、濃縮度は5%です。235
Uは燃料交換の合間に5年間稼働できる。濃縮度を高くすれば燃料交換期間が長くなるかもしれないが、ライセンス上の問題が発生する可能性がある。アイリスは高圧格納容器設計の一体型原子炉である。[72] [76]
改良型KLT-40: ロシア
ロシアの砕氷船の原子力発電装置の設計に基づいて、改良された KLT-40 は、実績のある市販の PWR システムを使用しています。冷却システムは、通常運転中は加圧水の強制循環に依存していますが、緊急時には自然対流を使用できます。燃料は、低濃縮ウランの限界である 20% 以上に濃縮される可能性があり、核不拡散の問題を引き起こす可能性があります。原子炉には、緊急給水システムを備えたアクティブ (アクションと電力が必要) 安全システムがあります。燃料交換は 2 ～ 3 年ごとに必要です。[77]最初の例は、2010年7月に進水した21,500トンの船、アカデミック・ロモノソフです。アカデミック・ロモノソフの建造は、2018年4月にサンクトペテルブルク造船所で完了しました。2019年9月14日、この船はチュクチ地域の恒久的な場所に到着し、閉鎖される古いEGP-6設計のSMRを使用しているビリビノ原子力発電所に代わって熱と電力を供給しています。 [78]アカデミック・ロモノソフは2019年12月に稼働を開始しました。 [79]
mPower: アメリカ
バブコック・アンド・ウィルコックス（B&W）のmPowerは統合型PWR SMRである。原子炉の原子炉蒸気供給システム（NSSS）は、すでに組み立てられた状態で現場に到着するため、建設はほとんど必要ありません。各原子炉モジュールは約180MWeを生産し、連結することで1つの大型原子力発電所に相当するものを形成できます。B&Wは、原子力規制委員会（NRC）に設計承認の意向書を提出しました。[80]バブコック・アンド・ウィルコックスは、2013年2月20日に、テネシー州オークリッジのTVAのクリンチリバーサイトにmPower小型モジュール炉を建設するための許可を申請するために、テネシー川流域開発公社と契約したと発表した。[81] [82]
2017年3月、ベクテルは最初の原子炉の建設地と投資家を提供してくれる公益事業会社を見つけることができなかったとして、開発プロジェクトは中止された。[83] [84]
NuScale: 米国
もともとエネルギー省とオレゴン州立大学のプロジェクトだったNuScaleモジュール原子炉は、 NuScale Power社に引き継がれました。NuScaleは軽水炉（LWR）で、235
NuScale SMRは、ウラン燃料の濃縮度が5％未満である。燃料交換期間は2年である。[85]ただし、モジュールは非常に重く、それぞれ約500トンの重さがあります。[要出典]
各モジュールの電気出力は77MWe （総）で、単一のNuScale発電所は1〜12モジュールに拡張でき、サイト出力は884MWe （正味）になります。[86]同社は当初、2018年までに発電所を稼働させたいと考えていました。[72] [87]原子力規制委員会は、2020年8月に以前の50MWe NuScale SMR設計に関する最終的な安全評価レポートを発行し、安全対策を承認し、NuScaleが設計プロセスの次のフェーズを継続することを許可しました。[88] [89]
OPEN100: アメリカ
OPEN100は、エネルギーインパクトセンターが開発したSMRプロジェクトで、100MWe加圧水型原子炉のオープンソース設計図を初めて公開した。このプロジェクトは、原子力発電所の建設を標準化してコストと期間を削減することを目的としています。設計によると、発電所は3億ドルでわずか2年で建設できます。また、これはテンプレートでもあり、プラスマイナス20％のコスト予測可能性でサイト固有の変更が可能です。[90]原子炉は、電力会社または民間企業によって開発される可能性があります。[24] ナイジェリアのトランスコープ・エナジーは、 2021年7月に国内初の原子炉を建設するためにOPEN100モデルを使用することに合意しました。 [91]
ペブルベッドモジュール型原子炉（PBMR）：南アフリカ
ペブルベッドモジュラー炉（PBMR）は、1950年代に最初に提案され、1960年代にドイツで導入された設計の近代化バージョンです。グラファイトと炭化ケイ素でコーティングされた球状の燃料要素を使用し、最大10,000個のTRISO粒子を充填します。TRISO粒子には二酸化ウラン（UO
2）と適切な不活性化層および安全層で覆われたペブルは、その後、約450,000個の「ペブル」で構成される原子炉コアに配置されます。コアの出力は165MWeです 。非常に高温（900 ℃）で稼働し、主な冷却材として希ガスのヘリウムを使用します。ヘリウムが使用されるのは、構造材料や核物質と相互作用しないためです。熱は、ランキン（蒸気）サイクルまたはブレイトン（ガスタービン）サイクルのいずれかを使用できる蒸気発生器またはガスタービンに伝達されます。[72] [92]南アフリカは2010年にPBMRの開発への資金提供を打ち切り、プロジェクトを無期限に延期しました[25] );プロジェクトに携わるほとんどのエンジニアと科学者は、米国、オーストラリア、カナダなどの国に海外に移っています。[93]
パーデュー新モジュール原子炉（NMR）：米国
NMRは、ゼネラルエレクトリック（GE）の経済簡易沸騰水型原子炉設計に基づいており、50MWeの電気出力を持つ自然循環SMRです。NMRの原子炉圧力容器は、従来のBWRに比べてはるかに短くなっています。冷却蒸気が直接タービンを駆動するため、蒸気発生器は不要です。自然循環を使用しているため、冷却ポンプはありません。原子炉は負のボイド係数と負の温度係数の両方を備えています。 235
ウラン濃縮度は5%で、10年間燃料補給の必要がない。二重の受動安全システムには、重大事故が発生した場合の長時間の発電所停電に耐えるための重力駆動注水システムと格納容器冷却システムが含まれる。NMRでは、使用済み燃料を一時的に現場で保管する必要があり、モジュール設計であっても大規模な組み立てが必要になる。[94] [95]
PWR-20: アメリカ
Last Energy は、建設の時間とコストを大幅に削減することで原子力産業を変革することを目標とした、小型モジュール原子力発電プロジェクトのフルサービス開発会社です。
同社の最初の製品であるPWR-20は、すべてのモジュールが標準的な輸送コンテナ内に収まる完全モジュール式SMRです。加圧水型原子炉（PWR）技術を使用しており、出力は20MWeで、空冷式です。[96]水源から離れた場所に設置でき、設置面積はフットボール場とほぼ同じであるため、分散型エネルギーユーザーを対象としています。[97]
同社によれば、コストは1億ドル以下で、約24ヶ月で配備される予定である。[98]最近、ラストエナジーはテキサスに実証ユニットを建設した後、ヨーロッパで190億ドル相当の取引を発表した[99]。[100]
ガスタービンモジュール型ヘリウム炉（GTMHR）：米国
ガスタービンモジュール式ヘリウム原子炉(GTMHR) は、ゼネラル アトミックス社のプロジェクトです。これはヘリウムガス冷却原子炉です。原子炉は 1 つの容器に収められており、冷却材と熱伝達装置はすべて 2 つ目の容器に収められており、冷却材を流すための単一の同軸ラインによって原子炉に接続されています。このプラントは 4 階建てで、完全に地上にある建物で、電気 出力は 10～25 MW です。ヘリウム冷却材は構造金属や反応とは相互作用せず、非常に高温でも熱を取り除くだけなので、水冷式や化石燃料プラントの平均効率が 30～35% であるのに対し、約 50% の効率が得られます。燃料は、濃縮度 19.9% のウラン酸化物コーティング粒子燃料です。粒子は円筒形の燃料要素に圧縮され、グラファイト ブロックに挿入されます。10 MWe プラントの場合 、原子炉にはこれらのグラファイト ブロックが 57 個あります。燃料交換期間は 6 ～ 8 年です。使用済み燃料は一時的に敷地内に保管する必要がある。黒鉛ブロックの数が少なく、紛失しても非常に目立つため、核拡散リスクはかなり低い。[101]
ロールスロイスSMR
ロールスロイス社は、UK SMRとも呼ばれる、密結合型3ループPWR設計を準備している。[102] [103] 当初は出力440MWeの予定だったが 、後に470MWeに増加した 。これはSMRとみなされる通常の範囲を超えている。[104] [105]モジュール式の強制通風冷却塔が使用される。[105]この設計では、10エーカー（4ヘクタール）の敷地に500日間の建設期間を目標としている。[103] [106]全体の建設期間は4年と見込まれており、敷地準備に2年、建設と試運転に2年かかる。[107] 5号機建設の目標コストは18 億ポンドである。[108]
この設計を開発しているコンソーシアムは、さらなる開発を支援するために英国政府の資金を求めている。[109] 2017年、英国政府はSMRの研究開発を支援するために3年間で 最大5,600万ポンドの資金を提供した。 [110] 2019年、政府は 産業戦略チャレンジ基金からさらに1,800万ポンドを開発に投入した。[111] 2021年11月、英国政府は 設計のさらなる開発のために2億1,000万ポンドの資金を提供し、ロールス・ロイス・グループ、BNFリソーシズUKリミテッド、エクセロン・ジェネレーション・リミテッド による1億9,500万ポンドの投資が一部相殺された。[112] [113]彼らは、最初のユニットが2030年代初頭に完成すると予想している。[114]
超安全、小型、シンプル（4S）：日本
電力中央研究所（CRIEPI）が設計した4Sは、極めてモジュール化された設計で、工場で製造され、現場での建設はほとんど必要ありません。これは、U-ZrまたはU-Pu-Zr燃料を使用するナトリウム（Na）冷却原子炉です。この設計では、可動式中性子反射体を使用して、10年から30年の間、安定した出力レベルを維持します。液体金属冷却材により、電磁（EM）ポンプを使用でき、緊急時には自然循環が使用されます。[72] [115]
安定塩炉（SSR）：イギリス
安定塩炉（SSR）は、モルテックス・エナジーが提案した原子炉設計である。[116]これは溶融塩炉技術における画期的な進歩であり、原子力発電をより安全、安価、クリーンにする可能性を秘めている。原子炉コアと非原子力建屋を含む設計のモジュール性により、大規模かつ迅速な導入が可能になる。この設計では、従来の燃料集合体に静的燃料塩を使用するため、高放射性流体のポンプ輸送に伴う多くの課題を回避できると同時に、多くの既存の国際基準に準拠している。材料の課題も、標準的な原子力認定鋼を使用することで大幅に軽減され、腐食のリスクも最小限に抑えられている。
定格出力300MWeのSSR廃棄物燃焼型SSR-Wは 現在、カナダ原子力安全委員会（CNSC）によるベンダー設計審査（VDR）が進行中である。[75]
進行波型原子炉（TWR）：米国
Intellectual VenturesのTerraPowerチームのTWRは、もう一つの革新的な原子炉設計です。これは、核分裂連鎖反応が「波」のように炉心を通過するというアイデアに基づいています。そのアイデアは、十分な肥沃な土壌がある限り、燃料のゆっくりとした増殖と燃焼が50年から100年の間、停止することなく炉心を通過するというものです。238
Uが供給されます。235
連鎖反応を開始するために必要なのは薄い層です。これまでのところ、原子炉は理論上のみ存在し、テストはコンピューターシミュレーションでのみ行われています。大型原子炉のコンセプトは設計されていますが、小型モジュール設計はまだ概念化されています。[117]
VOYGR: アメリカ合衆国
NuScale Powerは現在NRCから認可を受けている唯一のSMR製造業者である。認可は定格出力50MWの原子炉を対象としている。[118] NuScaleはその後、定格出力77MWの最新設計を開発した。NuScaleのVOYGR SMRプラントは、小規模から中規模の商用アプリケーションに簡単に拡張できるように設計された「モジュール式」システムである。[119] VOYGRは軽水に依存しており、個別に、または最大12個のモジュールのチームとして連携して動作する。最新のイテレーションでは、1つのモジュールの最大出力は77MWeである。12モジュールシステムとして、VOYGRは最大924MWeを供給する。プラントの燃料補給は12年に1回必要である。NuScaleは、オレゴン州立大学の研究者とともにSMRを発明したとされている。
ウェスティングハウスSMRとAP300
ウェスティングハウスのSMR設計は、AP1000原子炉の縮小版で、225MWeの発電能力を持つように設計されている 。2013年12月に米国エネルギー省のSMR商業化プログラムによる資金援助を2度目に断られ、SMR技術の「顧客がいない」ことを理由に、ウェスティングハウスは2014年1月に同社のSMRのさらなる開発から撤退すると発表した。SMR開発に専念していたウェスティングハウスのスタッフは、同社のAP1000に「再優先」された。[49]
2023年5月4日、ウェスティングハウスはAP1000をベースにした300MWeの単ループ加圧水型原子炉AP300を発表しました。設計認証は2027年までに取得される予定で、その後、10年末までにサイト固有の認可と最初のユニットの建設が予定されています。[3]
参照
参考文献
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引用文献
- 原子力科学技術局 (2001 年 5 月)。「小型モジュール原子炉に関する議会への報告書」(PDF)。米国エネルギー省。2011年 7 月 16 日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
外部リンク
- 小型原子炉一覧
- 小型原子炉に関する出版物は、2012-05-28 にWayback Machineにアーカイブされています。
- 小型原子力発電所 2013-02-12ウェイバックマシンにアーカイブ
- 地球百科事典 – 小型原子力発電所
- 原子力規制委員会の先進的原子炉
- 世界最小の原子炉